用于從水性體系中除去污染物的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供從水流中除去一種或多種污染物的方法，其包括：將一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑加到所述水流中，和從所述水流中分離所述污染物。所述方法可用于除去基于砷、基于硒、基于鎘、基于鋅、基于汞、基于鐵、基于鉻和/或基于磷酸鹽的污染物。
【專利說明】用于從水性體系中除去污染物的方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
本申請要求2011年5月10日提交的美國臨時申請61/484，409號、2011年5月10日提交的美國臨時申請61/484，413號和2011年9月27日提交的美國臨時申請61/539，757號的優(yōu)先權(quán)，所有這些臨時申請都通過引用結(jié)合到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本文所述的實施方案涉及用于從諸如廢水等水流中除去污染物的方法。
[0003]背景
工業(yè)廢水通常包含在廢水可排放之前需要處理或除去的多種污染物。某些工業(yè)過程，例如采礦，產(chǎn)生具有氧陰離子和/或金屬污染物的廢水。氧陰離子為具有各種氧化程度的帶負(fù)電的無機分子，例如:C0X、SOx, NOx, POx, ClO2, AsOx, SeOx等。金屬污染物為可形成毒性的水溶性化合物的有毒金屬，尤其包括例如汞、鎘、鉛、鉻、鑰和鋇。在各種工業(yè)過程例如采礦過程之后，氧陰離子和金屬污染物兩者在整個生態(tài)系統(tǒng)中以各種濃度存在，并且可以高水平觀測到。
[0004]存在用于從水流中除去污染物的多種商業(yè)化技術(shù)，包括例如:吸附(例如，在基于粒狀鐵的介質(zhì)上吸附；在離子交換樹脂上吸附；和在活性氧化鋁上吸附)；化學(xué)處理(例如，沉淀、膠結(jié)、凝結(jié)和絮 凝方法)；介質(zhì)過濾(經(jīng)砂子、粘土、二氧化鈦、離子交換樹脂或膜過濾，所述膜例如滲透膜或納米過濾膜)；和生物介導(dǎo)的除去。這些方法中的許多需要多個步驟來預(yù)處理或化學(xué)減少污染。這些方法中的許多產(chǎn)生必須進(jìn)一步處理或處置的另外的有害廢物。
[0005]在本文中對于已知方法的某些優(yōu)點和缺點的描述并非意指限制本發(fā)明的范圍。實際上，本發(fā)明的實施方案可包括上述特點中的一些或全部，而不受所述缺點困擾。
[0006]簡述
本文公開了用于從水流中除去一種或多種污染物的方法，其包括:將一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑加到所述水流中，和從所述水流中分離所述一種或多種污染物。還提供了用于從水流中除去一種或多種污染物的方法，其包括:制備一種或多種水凝粘合劑與一種或多種促進(jìn)劑的混合物，和使含有所述一種或多種污染物的水流穿過所述混合物。
[0007]附圖簡述
為了便于更全面地理解例示性實施方案，現(xiàn)在參考附圖。這些附圖不應(yīng)解釋作為限制，而僅意指是例示性的。
[0008]圖1顯示在有或沒有促進(jìn)劑的情況下使用例示性水凝粘合劑對含有30000 ppb鎘的溶液的去污結(jié)果。
[0009]圖2顯示使用各種用量的市售鋁酸鈉凝結(jié)劑對含有11000 ppb鎘的溶液的去污結(jié)
果O
[0010]圖3顯示使用各種用量的例示性水凝粘合劑和促進(jìn)劑體系對含有11000 ppb鎘的溶液的去污結(jié)果。
[0011]發(fā)明詳述
提供了用于從水流中除去一種或多種類型的污染物或減少一種或多種類型的污染物的量的方法，其中將所述水流用一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑化合物處理以形成所述污染物的固體。在處理之后，所述固體可例如通過重力沉降或機械分離從所述水流中分離。在例示性實施方案中，所述污染物包括金屬和/或氧陰離子。
[0012]根據(jù)本文所述的實施方案，水凝粘合劑可與促進(jìn)劑(例如具有親核部分的化合物)組合使用，以提供用于處理污染的過程用水、尤其是采礦過程用水的原位凝固或原位化學(xué)吸附方法。如本文所述，水凝粘合劑，例如基于無機硅酸鋁的材料，可在水中或在水流中交聯(lián)，以產(chǎn)生具有用于化學(xué)吸附許多類型的污染物的活性位點的不溶性無定形吸附劑，所述污染物包括金屬和氧陰離子。
[0013]提供了用于從水流中除去一種或多種類型的污染物或減少一種或多種類型的污染物的量的方法，其中將所述水流用一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑化合物處理，以形成所述污染物的固體 。
[0014]在一個例示性實施方案中，所述方法可用于包封和/或固定在水或水流中存在的一種或多種污染物。包封和/或固定的物質(zhì)可在懸浮固體的常用物理分離和除去下從所述水流離去。
[0015]水流
如本文使用的表述“水流”是指含有不合需要的量的污染物的任何水性液體進(jìn)料，所述污染物例如金屬或氧陰離子。例示性水流包括但不限于飲用水；地下水；井水；地表水，例如來自湖泊、池塘和濕地的水；農(nóng)業(yè)用水；廢水，例如來自采礦或工業(yè)過程的廢水或浸出水；地?zé)崃黧w；來自與熔煉、礦脫水、尾礦堆存處理、化學(xué)品引起的浸出、浮選、熱壓處理、酸性礦排水等相關(guān)的采礦過程的水。在某些實施方案中，所述方法可用于從含有大于約2.0PPb的一種或多種污染物的任何水流中除去所述一種或多種污染物。在一個實施方案中，所述方法有效用于處理含有大于500 ppb的一種或多種污染物的水流。在一個例示性實施方案中，所述方法將一種或多種污染物的水平有效降低到低于約100、約10、約5或約2 ppb。
[0016]根據(jù)水流的組成，可改變水凝粘合劑、促進(jìn)劑及其他添加劑，可改變水凝粘合劑、促進(jìn)劑和添加劑的濃度，且可改變水凝粘合劑、促進(jìn)劑和添加劑的加入順序。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解這樣的改變且它們可根據(jù)不同水流組成方面的經(jīng)驗確定。
[0017]在例示性實施方案中，所述水流包含水和一種或多種污染物，所述污染物例如金屬和/或氧陰離子。
[0018]在例示性實施方案中，所述水流為工業(yè)水流、過程水流、來自煙道氣脫硫裝置的廢水、來自濕飛灰池的徑流、地下水流等。在例示性實施方案中，所述水流由以下過程產(chǎn)生:采礦過程，例如熔煉過程，諸如金、銅、鐵、鎳、銀、磷酸鹽、煤炭或鑰的熔煉過程；或與礦脫水、尾礦堆存處理、化學(xué)品引起的浸出、浮選、熱壓處理、酸性礦排水等相關(guān)的過程。本文所述的實施方案可用來減少或除去由來自各種過程的水流產(chǎn)生的污染物，所述過程包括例如煤礦開采、工業(yè)用金屬開采(例如，磷酸鹽、粘土、白色礦物等)、金屬開采和加工(例如，金、銅、鈾、銀、鎳等)、金屬熔煉、市政和工業(yè)過程(例如，燃煤發(fā)電站和垃圾填埋浸出液)、石油過程(例如，石油勘探、生產(chǎn)、加工和/或精制)。[0019]污染物
本文所述的實施方案可用于減少或除去多種金屬或非金屬污染物。如本文使用的“污染物”是指不想要的任何物質(zhì)，包括可被視為對人類或環(huán)境有害的那些物質(zhì)，例如金屬、非金屬和/或氧陰離子。所述實施方案可除去金屬污染物，諸如汞、鎘、鋅、錳、鉛、銅、鉻、鑰、鎵、銦、鉈、鋇、銀和/或其他金屬污染物，包括這些金屬的各種氧化態(tài)或包含這些金屬的化合物。所述實施方案可除去非金屬污染物，諸如銻、砷、硒、磷酸鹽和/或其他非金屬污染物，包括這些非金屬的各種氧化態(tài)或包含這些非金屬的化合物，或者包含砷、硒或磷酸鹽的化合物。
[0020]“氧陰離子”或“氧代陰離子”為式AxO/的化合物(其中A代表化學(xué)元素且O代表氧原子)。氧陰離子由許多化學(xué)元素形成。例示性氧陰離子包括硼酸根、碳酸根、硝酸根、磷酸根、硫酸根、鉻酸根、砷酸根、硒酸根、鑰酸根、亞硝酸根、磷酸根、亞硫酸根、亞砷酸根、亞硒酸根、次磷酸根、磷酸根、次硫酸根、高氯酸根、高溴酸根、高碘酸根、高錳酸根、氯酸根、鉻酸根、溴酸根、碘酸根、亞氯酸根、亞溴酸根、次氯酸根和次溴酸根。
[0021]在例示性實施方案中，所述一種或多種污染物可為本文所述的污染物中的任一種或所述污染物的任何混合物。
[0022]在一個例示性實施方案中，所述污染物為包含砷的化合物或包含基于砷的化合物的混合物。砷為在含有金屬的礦石(例如鐵、金、鎳或鈷)中以高濃度存在的永久性生物累積毒素，且可為采礦過程用水中的顯著組分。砷在水中的不同氧化還原條件下以數(shù)種氧化態(tài)穩(wěn)定。然而，當(dāng)砷存在于地下水中時，其主要以亞砷酸根(As (III))和砷酸根(As (V))的形式存在。在一個實施方案中，所述污染物為砷酸鹽或亞砷酸鹽。在一個實施方案中，所述污染物包含砷、亞砷酸鹽和/或砷酸鹽，或者包含含有砷、亞砷酸鹽和/或砷酸鹽的混合物。在一個實施方案中，將在水流中基于砷的污染物降低到小于約100 ppb、約50 ppb、約20 ppb、約10 ppb或約5 ppb的水平。美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)建議在水中砷污染物的水平應(yīng)該小于10 ppb。
[0023]在一個例示性實施方案中，在加入水凝粘合劑和促進(jìn)劑體系之前將亞砷酸鹽氧化成砷酸鹽，例如將漂白劑或其他氧化劑加到水流中以使亞砷酸鹽氧化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解哪些氧化劑將是合適的。
[0024]在一個例示性實施方案中，所述污染物為包含硒的化合物或包含基于硒的化合物的混合物。硒為天然存在的元素，小量(例如，0.1-0.5 ppm)的硒可為微量營養(yǎng)素，但高于3 ppm濃度的硒可具有毒性。硒在含有金屬的礦石(例如銅、銀、鈾和鉛)中以高濃度存在，且可為采礦過程用水中的顯著組分。硒還可為硫酸生產(chǎn)和化石燃料開采/利用中的顯著雜質(zhì)。在一個實施方案中，所述污染物為硒酸鹽(Se (VI))或亞硒酸鹽(Se (IV))。在一個實施方案中，所述污染物包含硒、亞硒酸鹽和/或硒酸鹽，或者包含含有硒、亞硒酸鹽和/或硒酸鹽的混合物。在一個實施方案中，將在水流中基于硒的污染物降低到小于約100 ppb、約50 ppb、約20 ppb、約10 ppb或約5 ppb的水平。EPA建議在水中硒酸鹽、亞硒酸鹽或硒的水平應(yīng)該小于5 ppb。
[0025]在一個例示性實施方案中，在加入水凝粘合劑和促進(jìn)劑體系之前將硒酸鹽還原成硒酸鹽，例如將鹽酸或其他還原劑加到水流中以使亞硒酸鹽氧化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解哪些還原劑將是合適的。[0026]在一個例示性實施方案中，所述污染物為包含磷的化合物或包含基于磷的化合物的混合物。雖然磷是生命所必需的元素，但在水性體系中高濃度的磷可導(dǎo)致使水氧含量貧化的藻花，這可對水性生物群具有不利影響。在農(nóng)業(yè)和農(nóng)場生產(chǎn)中磷經(jīng)常用于肥料中，其可促進(jìn)供水中磷濃度的增加。在一個實施方案中，所述污染物為磷酸鹽或亞磷酸鹽。在一個實施方案中，所述污染物包含磷、亞磷酸鹽和/或磷酸鹽，或者包含含有磷、亞磷酸和/或磷酸鹽的混合物。在一個實施方案中，將在水流中基于磷的污染物降低到小于約110 ppb、約107 ppb、約 100 ppb、約 60 ppb、約 50 ppb、約 42 ppb、約 20 ppb、約 10 ppb 或約 5 ppb 的水平。在一些地區(qū)，基于磷的污染物在湖泊、河流和運河中的建議水平分別小于50 ppb、小于107 ppb和小于42 ppb ο
[0027]在一個例示性實施方案中，所述污染物為包含鎘的化合物或包含基于鎘的化合物的混合物。鎘是與鋅和汞在同一化學(xué)家族中的重金屬，優(yōu)選+2氧化態(tài)并且在化學(xué)性質(zhì)上類似于鋅。鎘通常并不是以元素純態(tài)存在，而是在鋅、鉛和銅礦石中作為氧化物、氯化物或硫化物存在。鎘的高蒸氣壓促進(jìn)其在整個環(huán)境中的毒性和遷移性。在各種過程(例如熔煉)中，鎘可蒸發(fā)，且如果不受遏制，其將在環(huán)境中用氧氣或其他環(huán)境污染物(例如S0x、N0x、COx、氯化物等)氧化。鎘可通過火山活動、采礦過程、工業(yè)過程以及煤炭燃燒進(jìn)入環(huán)境。水生環(huán)境的鎘污染可例如通過非鐵金屬的熔煉引起，例如自礦井排出水、礦井過程用水、自尾礦池和礦井位點浸出產(chǎn)生。在一個實施方案中，所述污染物包含鎘，或者包含含有鎘和/或基于鎘的化合物的混合物。在一個實施方案中，將在水流中基于鎘的污染物降低到小于約50 ppb、約 20 ppb、約 10 ppb、約 5 ppb、約 2 ppb、約 I ppb、約 0.5 ppb、約 0.4 ppb、約 0.3ppb、約0.25 ppb、約0.2 ppb、約0.15 ppb或約0.1 ppb的水平。EPA當(dāng)前建議在水中鎘或基于鎘的化合物的水平應(yīng)小于0.25 ppb。
[0028]在一個例示性實 施方案中，所述污染物為包含汞的化合物或包含基于汞的化合物的混合物。在一個實施方案中，將在水流中基于汞的污染物降低到小于約I ppm、約50 ppb、約 20 ppb、約 10 ppb、約 5 ppb、約 2 ppb、約 I ppb、約 0.5 ppb、約 0.25 ppb 或約 0.1 ppb的水平。EPA建議在水中汞或基于汞的化合物的水平應(yīng)小于0.7 ppb。
[0029]在一個例示性實施方案中，所述污染物為包含鋅的化合物或包含基于鋅的化合物的混合物。在一個實施方案中，所述污染物包含鋅，或者包含含有鋅和/或基于鋅的化合物的混合物。在一個實施方案中，將在水流中基于鋅的污染物降低到小于約50 ppb、約20ppb、約 10 ppb、約 5 ppb、約 2 ppb、約 I ppb、約 0.5 ppb、約 0.25 ppb 或約 0.1 ppb 的水平。
[0030]水凝粘合劑
如本文使用的短語“水凝粘合劑”包括通過它們在水合時通過形成具有差滲透性的無機聚合網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生的硬化能力而與非水凝粘合劑區(qū)別開的無機材料。在例示性實施方案中，水凝粘合劑可為無機相的復(fù)合混合物，或者能夠聯(lián)合片段以形成緊湊整體的膠粘劑。在一個實施方案中，所述水凝粘合劑為具有二氧化硅和/或氧化鋁骨架的合成或天然無機聚合物。例示性無機聚合物為具有不包含碳原子的骨架結(jié)構(gòu)的聚合物。合適的水凝粘合劑的實例包括但不限于水凝石灰、天然存在的水泥、火山灰水泥、石膏水泥、磷酸鹽水泥、高鋁水泥、礦渣水泥、水泥窯粉塵、硅質(zhì)水泥、高堿度水泥、波特蘭水泥(Portland cements)及包含上述材料中的至少一種的組合。[0031]在例示性實施方案中，所述水凝粘合劑可為多種水泥和火山灰材料中的任一種。在一個實施方案中，所述水凝粘合劑水泥為水凝水泥或包含一種或多種水凝水泥的混合物。例示性水凝水泥包括波特蘭水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高鋁水泥、礦渣水泥、硅質(zhì)水泥、窯爐粉塵或其混合物。例示性的波特蘭水泥可為根據(jù)美國石油學(xué)會(API)材料規(guī)格和對于最佳水泥的試驗分類為A類、C類、H類和G類水泥的那些水泥。它們也可根據(jù)ASTMC150或EN 197分類為1、I1、II1、IV和V類。在一個實施方案中，所述水凝粘合劑為包含鈣、鋁、硅、氧和/或硫的水凝水泥，其可通過與水反應(yīng)而凝固并硬化。在一個實施方案中，所述水凝粘合劑為堿性水泥。在一個具體的實施方案中，所述水凝粘合劑包含兩種或更多種水凝水泥的混合物。
[0032]在一個實施方案中，所述水凝粘合劑包含一種或多種類型的波特蘭水泥。波特蘭水泥為全世界使用的最常見類型的膠結(jié)材料。其主要由硅酸鈣和鋁酸鈣及一些含鐵相組成。當(dāng)與水混合時，波特蘭水泥經(jīng)歷各種水合反應(yīng)，引起pH升高以及產(chǎn)生包括水合硅酸鈣(CSH)的新物質(zhì)。CSH可與其他礦物顆粒強烈地粘合，引起凝固過程。 [0033]波特蘭水泥(也稱作普通波特蘭水泥或0PC)為混凝土、砂漿、灰泥和大多數(shù)非專用灰漿的基礎(chǔ)成分。波特蘭水泥為由煅燒諸如石灰石、粘土、砂子和/或頁巖等天然材料產(chǎn)生的混合物。具體地講，波特蘭水泥包含包括Ca3SiO5和Ca2SiO4的硅酸鈣的混合物，所述硅酸鈣由煅燒石灰石(CaCO3)和二氧化硅(SiO2)產(chǎn)生。該混合物被稱為水泥熔渣。為了在成品中獲得所需的凝固品質(zhì)，將通常以石膏或無水石膏形式的硫酸鈣(約2-8%，最通常約5%)加到所述熔渣中且將混合物細(xì)磨以形成最終的水泥粉末。例如，波特蘭水泥的典型主要化學(xué)組成為約61-約67 wt%氧化鈣(CaO)、約12-約23 wt% 二氧化硅(SiO2)、約2.5-約6wt%氧化招(Al2O3)、約O-約6 wt%氧化鐵(Fe2O3)和約1.5-約4.5 wt%硫酸鹽。波特蘭水泥的性質(zhì)可通過熔渣的礦物組成表征。在波特蘭水泥中存在的主要熔渣相包括:硅酸三鈣(Alite) (3Ca0.SiO2)、硅酸二鈣(Belite) (2Ca0.SiO2)、鋁酸鹽(Aluminate) (3Ca0.Al2O3)和鐵酸鹽(Ferrite) (4Ca0.Al2O3.Fe2O3)。
[0034]在一個例示性實施方案中，所述水凝粘合劑為含有大于90%的波特蘭水泥熔渣、硫酸鈣和至多5%的次要成分的細(xì)粉末混合物(參見，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN197.1)。
[0035]在水泥的制備期間，可控制研磨過程以獲得具有廣泛粒度范圍的粉末，其中通常按質(zhì)量計15%由直徑低于5 μ m的粒子組成，且5%的粒子的直徑高于45 ym。通常使用的粒子細(xì)度的度量為“比表面積”，其為單位質(zhì)量的水泥的總粒子表面積。在加入水時水泥的初始反應(yīng)速率(至多24小時)與比表面積成正比。
[0036]在一個例示性實施方案中，補充膠結(jié)材料，例如飛灰、硅煙或天然火山灰，可與所述水凝粘合劑一起使用。如本文使用的火山灰為當(dāng)與氫氧化鈣組合時展示出膠結(jié)性質(zhì)的材料。
[0037]促進(jìn)劑
在例示性實施方案中，促進(jìn)劑為包含親核官能團(functionality)如親核部分的化合物。例如，在本文所述的實施方案中可使用元素硫、硫化鈉、硫醇、有機硫化物、腈、胺、酰胺、有機膦、醇、酯、酸、醚、其他含硫化合物、其他含羥基化合物及其混合物作為促進(jìn)劑化合物。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解哪些化合物將具有足夠的親核功能以提供增效體系。
[0038]在一個例示性實施方案中，所述促進(jìn)劑為元素硫。在一個實施方案中，所述促進(jìn)劑為元素硫或含硫化合物。在一個實施方案中，所述促進(jìn)劑為促進(jìn)劑化合物的混合物，例如包含元素硫的混合物。在一個例示性實施方案中，所述促進(jìn)劑為硫化鈉。在某些實施方案中，所述促進(jìn)劑為胺。在其他實施方案中，所述促進(jìn)劑為有機膦。在一個實施方案中，所述促進(jìn)劑為醇。在某些實施方案中，所述促進(jìn)劑為含硫化合物，例如硫化物、多硫化物、硫化氫、二甲基硫醇氨基甲酸鹽、二乙基硫醇氨基甲酸鹽、硫化鈉、硫代硫酸鈉、多硫化鈣及其混合物。[0039]在例示性實施方案中，所述促進(jìn)劑能夠與污染物相互作用(例如，交聯(lián)、配位、還原或其他相互作用方式)，所述污染物例如基于砷、基于硒、基于鎘、基于鋅、基于萊、基于鐵、基于鉻和/或基于磷酸鹽的污染物。在一個實施方案中，所述促進(jìn)劑能夠與污染物交聯(lián)。在另一實施方案中，所述促進(jìn)劑能夠與污染物配位。在另一實施方案中，所述促進(jìn)劑能夠還原污染物。
[0040]在一個實施方案中，所述促進(jìn)劑為硫或基于硫的化合物且所述污染物為基于金屬的污染物，例如鎘或汞。在另一實施方案中，所述促進(jìn)劑為胺、有機膦或醇，且所述污染物包含鐵。在一個實施方案中，所述促進(jìn)劑為胺或醇且所述污染物包含鉻。如本文所提到的術(shù)語“有機膦”是指三有機磷化合物且不包括膦(phosphane) (PH3)。
[0041]方法
共生(symbiotic)體系是指所述水凝粘合劑和所述促進(jìn)劑的組合,它們通過一起作用出人意料地產(chǎn)生增效作用。在例示性實施方案中，所述水凝粘合劑和所述促進(jìn)劑在水或水流中的相互作用為共生的。
[0042]在某些實施方案中，當(dāng)水凝粘合劑(例如波特蘭水泥)在缺乏促進(jìn)劑的情況下加到水流中時，可對污染物(例如鎘和/或汞)的濃度幾乎沒有影響。相比之下，當(dāng)促進(jìn)劑(例如元素硫)與所述水凝粘合劑組合使用時，可實現(xiàn)顯著除去水流中的各種污染物。在本文所述的方法中水凝粘合劑和促進(jìn)劑的使用促進(jìn)污染物的包封和/或固定。所得無定形固體物質(zhì)或懸浮固體可通過重力沉降、過濾或其他常規(guī)固體除去方法分離。
[0043]在例示性實施方案中，一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑在原位反應(yīng)以產(chǎn)生吸附材料。污染物質(zhì)可化學(xué)吸附在所述吸附材料的表面上，例如吸附在所述吸附材料的空腔中。使用一種或多種水凝粘合劑與一種或多種促進(jìn)劑對于從水流中除去污染物(例如鎘或汞物質(zhì))極其有效。
[0044]在例示性實施方案中，在所述方法中使用的所述水凝粘合劑的重量與所述促進(jìn)劑的重量的比率在約10:1至約1:1的范圍內(nèi)。例如，在所述方法中使用的所述水凝粘合劑的重量與所述促進(jìn)劑的重量的比率為約10:1、約9:1、約8:1、約7:1、約6:1、約5:1、約4:1、約3:1、約 2:1 或約 1:1。
[0045]在例示性實施方案中，所述方法還可包括將一種或多種添加劑加到水流中。例示性添加劑包括但不限于含招的礦物或粘土或者含鐵的礦物或粘土，例如高嶺土礦(kaolinate)、招酸鹽、褐鐵礦(ferrohydrate)、赤鐵礦、膨潤土等?？稍诩尤胨嗪?或促進(jìn)劑之前、期間或之后將所述添加劑加到水流中。所述添加劑可以按所述一種或多種水凝粘合劑重量計約0.1%-約50%、約0.1%-約40%、約0.1%約30%、約0.1%-約20%、約
0.1%-約10%的量加到水流中。
[0046]在例示性實施方案中，在所述方法中使用的水凝粘合劑的用量為約10 ppm-約
50,000 ppm、約 10 ppm-約 20，000 ppm、約 10 ppm-約 12，000 ppm、約 20 ppm-約 10，000ppm、約 20 ppm-約 1000 ppm、約 20 ppm-約 500 ppm。
[0047]在某些實施方案中，所述污染物為基于硒的且在所述方法中使用的水凝粘合劑的用量為約100 ppm-約50,000 ppm或約6000 ppm-約20,000 ppm。在某些實施方案中，所述污染物為基于砷的且在所述方法中使用的水凝粘合劑的用量為約50 ppm-約50，000 ppm或約500 ppm-約5000 ppm。在某些實施方案中，所述污染物為基于磷的且在所述方法中使用的水凝粘合劑的用量為約50 ppm-約20,000 ppm或約50 ppm-約1000 ppm。在某些實施方案中，所述污染物為基于鎘的和/或基于鋅的且在所述方法中使用的水凝粘合劑的用量為約50 ppm-約50,000 ppm或約300 ppm-約12,000 ppm。在某些實施方案中，所述污染物為基于汞的且在所述方法中使用的水凝粘合劑的用量為約50 ppm-約50，000 ppm或約 300 ppm-約 12，000 ppm。
[0048]在一個例示性實施方案中，在所述過程期間加入的所述一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑的量為足以將所述一種或多種污染物的濃度降低到按總物質(zhì)或每種物質(zhì)計低于約 100 ppb、約 50 ppb、約 40 ppb、約 30 ppb、約 20 ppb、約 10 ppb、約 5 ppb、約 4ppb、約 3 ppb、約 2 ppb`、約 I ppb、約 0.5 ppb、約 0.4 ppb、約 0.3 ppb、約 0.25 ppb、約 0.2ppb、約 0.15 ppb 或約 0.1 ppb 的量。
[0049]在某些實施方案中，所述一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑可以逐步方式或以連續(xù)方式，按需要以一次或多次劑量或者間隔地加到所述水流中。
[0050]在例示性實施方案中，用于從水流中除去一種或多種污染物的方法包括:將一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑加到所述水流中，和從所述水流中分離污染物。在其他實施方案中，用于從水流中除去一種或多種污染物的方法包括:制備一種或多種水凝粘合劑與一種或多種促進(jìn)劑的混合物，和使含有污染物的水流穿過所述混合物。
[0051]在例示性實施方案中，可將所述一種或多種水凝粘合劑和所述一種或多種促進(jìn)劑同時或序貫地加到所述水流中。在某些實施方案中，在將所述一種或多種水凝粘合劑和所述一種或多種促進(jìn)劑加到所述水流中之前或在使含有污染物的所述水流穿過所述混合物之前，可將所述一種或多種水凝粘合劑和所述一種或多種促進(jìn)劑預(yù)混合。
[0052]在一個例示性實施方案中，將所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑及任選的其他添加劑在水中混合且使其沉降。所得固體可加工(例如研磨)成受控制的粒度，例如約200-約1000微米。這些固體粒子可作為過濾介質(zhì)應(yīng)用，其中含有污染物的水流穿過所述過濾介質(zhì)的底部，穿過所述過濾介質(zhì)的頂部或進(jìn)入閉合環(huán)路。
[0053]在例示性實施方案中，所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑可以其為分批過程、連續(xù)過程或半連續(xù)過程的過程加到或應(yīng)用到所述水流。所述過程可包括沉降或過濾過程。在例示性實施方案中，所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑可作為干燥材料或作為分散體(例如在水中的分散體)加入。
[0054]在例示性實施方案中，將所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑加到水流中，例如加入到反應(yīng)器或混合池中，并且將所述水流攪拌或攪動。在一個實施方案中，在加入所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑之后，將所述水流攪拌或攪動約5分鐘-約12小時或約I小時-約3小時的一段時間。在例示性實施方案中，在加入所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑之后，將所述水流攪拌至少約15分鐘、約30分鐘、約I小時、約2小時或約3小時。對于在加入所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑之后可攪拌所述水流的時間的量沒有特定限制。[0055]在例示性實施方案中，在攪動水流之后，可將所述水流轉(zhuǎn)移到增稠器或沉降池中，或者可使其在其所在之處沉降。在某些實施方案中，可加入絮凝劑以幫助沉降。
[0056]在例示性實施方案中，所述方法還可包括加入絮凝劑。任何合適的絮凝劑或絮凝劑的混合物可用于本文所述的方法中。在某些實施方案中，加到所述水流中的所述一種或多種絮凝劑包括一種或多種聚合物絮凝劑。在例示性實施方案中，所述聚合物絮凝劑可為陰離子的、非離子的或陽離子的，例如丙烯酰胺絮凝劑。本領(lǐng)域已知的任何聚合物絮凝劑都可用于本文所述的過程中。例示性聚合物絮凝劑的非限制性實例包括例如由諸如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和環(huán)氧乙烷等單體制備的絮凝劑級均聚物、共聚物和三聚物。在一個實施方案中，所述聚合物絮凝劑為陰離子聚合物。在一個實施方案中，所述聚合物絮凝劑為非離子聚合物。在一個實施方案中，所述聚合物絮凝劑為陰離子聚合物與非離子聚合物的混合物。在一個例示性實施方案中，所述一種或多種絮凝劑包括聚丙烯酰胺絮凝劑。 [0057]本文使用的術(shù)語“聚合物”、“多個聚合物”、“聚合的”及類似術(shù)語以如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的普通意義使用，因此在本文中可用于指或描述含有重復(fù)單元的大分子(或所述分子的聚集)。聚合物可以多種方式形成，包括通過使單體聚合和/或通過化學(xué)修飾前體聚合物的一種或多種重復(fù)單元來形成。聚合物可為包含例如通過使特定單體聚合而形成的基本相同的重復(fù)單元的“均聚物”。聚合物也可為包含例如通過使兩種和更多種不同單體共聚和/或通過化學(xué)修飾前體聚合物的一種或多種重復(fù)單元而形成的兩種或更多種不同重復(fù)單元的“共聚物”。術(shù)語“三聚物”可在本文中用以指含有三種或更多種不同重復(fù)單元的聚合物。
[0058]在例示性實施方案中，所述一種或多種絮凝劑的用量可為將實現(xiàn)所需或所要結(jié)果的任何用量。在一個實施方案中，所述一種或多種絮凝劑的用量為約5 ppm-約100 ppm、約10 ppm-約70 ppm、或約20 ppm-約50 ppm。在一個實施方案中，所述一種或多種絮凝劑的用量小于約100 ppm、約70 ppm或約50 ppm。
[0059]在某些實施方案中，所述方法還可包括加入一種或多種吸附劑和/或一種或多種凝結(jié)劑的步驟。
[0060]在一個例示性實施方案中，所述方法還包括在加入所述一種或多種絮凝劑之前加入一種或多種另外的吸附劑的步驟。如本文所提到的“吸附劑”包括基于二氧化硅的化合物，例如無機的基于二氧化硅的聚合物、基于粘土的材料、纖維素、基于氧化鋁的吸附劑(alumina-cased adsorbent)、褐鐵礦吸附劑、碳(例如碳黑)或其混合物。
[0061]在例示性實施方案中，所述一種或多種吸附劑的用量可為將實現(xiàn)所需或所要結(jié)果的任何用量。在一個實施方案中，所述一種或多種吸附劑的用量為約1-約10，000 ppm、約50-約5000 ppm或約100-約1000 ppm。在一個實施方案中，所述一種或多種吸附劑的用量小于約 10,000 ppm、約 5000 ppm 或約 1000 ppm。
[0062]在一個例示性實施方案中，所述方法還包括在加入所述一種或多種絮凝劑之前加入一種或多種凝結(jié)劑的步驟。如本文提到的“凝結(jié)劑”包括鐵化合物或鹽，例如正鐵或亞鐵化合物或鹽；鋁化合物或鹽；熟石灰；碳酸鎂；含有一個或多個季銨化銨基的聚合物；或其混合物。鐵凝結(jié)劑包括例如硫酸鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵和氯化硫酸鐵。鋁凝結(jié)劑包括例如硫酸鋁、氯化鋁和鋁酸鈉。含有一個或多個季銨化銨基的聚合物凝結(jié)劑包括例如丙烯酰基氧基乙基三甲基氯化銨、甲基丙烯?；趸一谆然@、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨和丙烯酰胺基丙基三甲基氯化銨。
[0063]在例示性實施方案中，所述一種或多種凝結(jié)劑的用量可為將實現(xiàn)所需或所要結(jié)果的任何用量。在一個實施方案中，所述一種或多種凝結(jié)劑的用量為按質(zhì)量計污染物量的約1-約15倍(例如Fe:As質(zhì)量比)。在一個實施方案中，所述一種或多種凝結(jié)劑的用量為按質(zhì)量計污染物量的小于約15倍。
[0064]根據(jù)所述實施方案，固定或凝固的污染物隨后可通過使用本領(lǐng)域已知的任何合適方法回收并除去。在例示性實施方案中，分離步驟可以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式完成，包括但不限于重力沉降、離心、旋液分離、傾析、過濾、增稠或其他機械分離方法。
[0065]在例示性實施方案中，一旦用所述水凝粘合劑和促進(jìn)劑處理污染物，則所述污染物可根據(jù)需要或所需以任何方式處理或加工。在一個實施方案中，所述污染物應(yīng)該按照政府規(guī)章處理。在一些實施方案中，可將所述污染物丟棄，送到垃圾掩埋場，或當(dāng)固體為礦物的濃縮源時，可將固體用作原料或進(jìn)料以生產(chǎn)用于商業(yè)化產(chǎn)品的化合物。
[0066]在某些實施方案中，所述方法包括加入一種或多種還原劑，例如含硫化合物、硼氫化鈉、氫化鋁、亞硫酸氫鈉、鹽酸或其他還原劑。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解哪些還原劑可以使用。所述含硫化合物可為例如硫化物、多硫化物、硫化氫、二甲基硫醇氨基甲酸鹽、二乙基硫醇氨基甲酸鹽、硫化鈉、硫代硫酸鈉、多硫化鈣及其混合物。加到水流中的還原劑的量取決于在水流中存在的污染物的量。在一個實施方案中，所加入的所述一種或多種還原劑的量為按每摩爾污染物計在約1.0摩爾-約4.0摩爾的范圍內(nèi)、在約1.0摩爾-約3.0摩爾的范圍內(nèi)或在約1.0摩爾-約2.0摩爾的范圍內(nèi)。在例示性實施方案中，加到水流中的還原劑的量為足以維持還原環(huán)境的量。
[0067]在例示性實施方案中，所述方法可用以除去以下過程中的污染物:非鐵金屬過程，例如非鐵金屬的開采和熔煉，例如鋅制造；鐵和/或鋼制造；諸如煤炭、石油或木材等燃料燃燒；水泥生產(chǎn)；磷酸鹽肥料生產(chǎn)；或污水污泥焚燒。
[0068]在一個例示性實施方案中，所述方法可以串聯(lián)(in-line)相加的方式容易地?fù)饺氤Ｓ玫乃幚韺嵺`中。
[0069]在例示性實施方案中，本文所述的方法可用于提供在可操作且環(huán)境友好的過程內(nèi)處理污染的采礦過程用水的經(jīng)濟且通用的解決方案。
[0070]在例示性實施方案中，所述方法用于固態(tài)廢物的凝固/穩(wěn)定化(S/S)處理。廢物的S/S處理包括將粘合劑混合到污染的介質(zhì)或廢物中以使污染物固定在所處理的材料內(nèi)。所述粘合劑的化學(xué)性質(zhì)可用于降低廢物中毒性污染物的溶解度，并且還可用于降低有害成分的毒性。S/S用于處理工業(yè)固態(tài)廢物以使其對于地面處置安全。S/S還用于在凈化(糾正)位點處理污染的土壤、沉積物或污泥。
[0071]提供以下實施例僅用于說明性目的，而并非意指限制。
實施例
[0072]在以下實施例中，所提到的水泥包括:水泥六#1 A類水泥(類似于建筑級波特蘭水泥)、水泥B:API G類水泥(標(biāo)準(zhǔn)的油井水泥)、水泥C =ReezCEM 800 (基于水泥A +飛灰的共混微細(xì)水泥)。[0073]在各個實施例中，所提到的污染物濃度是指總離子濃度。
[0074]如在以下實施例中提到的水凝粘合劑組合物的組分提供在下表中。除非另外注明，否則所提供的量都是作為干式共混物混合且隨后將其加到500ml水中的量。
[0075]表1.處理組 合物
【權(quán)利要求】
1.從水流中除去一種或多種污染物的方法，其包括:將一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑加到所述水流中，和從所述水流中分離所述污染物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述污染物選自汞、鎘、鋅、錳、鉛、銅、鉻、鑰、鎵、銦、鉈、其他金屬污染物，包括這些金屬的各種氧化態(tài)和包含這些金屬的化合物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述污染物選自銻、砷、硒、磷酸鹽、其他非金屬污染物及含有砷、硒、磷酸鹽的化合物，包括這些非金屬的各種氧化態(tài)和包含這些非金屬的化合物。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述污染物包括基于砷、基于硒、基于鎘、基于鋅、基于汞、基于鐵、基于鉻和/或基于磷酸鹽的污染物。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述水凝粘合劑選自水凝石灰、天然存在的水泥、火山灰水泥、石膏水泥、磷酸鹽水泥、高鋁水泥、礦渣水泥、水泥窯粉塵、硅質(zhì)水泥、高堿度水泥、波特蘭水泥及其組合。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述促進(jìn)劑選自包含親核部分的化合物。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述親核部分選自元素硫、硫化鈉、硫醇、有機硫化物、腈、胺、酰胺、有機膦、醇、酯、酸、醚、其他含硫化合物及其他含羥基化合物。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述促進(jìn)劑為元素硫。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述水流選自工業(yè)水流、過程水流、來自煙道氣脫硫裝置的廢水、來自濕飛灰池的徑流和地下水流。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述分離步驟通過重力沉降、過濾或其它機械分離方法實現(xiàn)。
11.權(quán)利要求1的方法，其中所述方法還包括在加入所述粘合劑和促進(jìn)劑之后攪拌或攪動所述水流。
12.從水流中除去污染物的方法，其包括:制備一種或多種水凝粘合劑和一種或多種促進(jìn)劑的混合物，和使含有一種或多種污染物的水流穿過所述混合物。
【文檔編號】C22B43/00GK103649349SQ201280034397
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月10日
【發(fā)明者】L.摩爾, A.馬穆哈尼, J.R.杜蘭德, L.桑德斯 申請人:凱米羅總公司